P2P_introduction

CollegeofSoftware，NKU1ComputerNetworkingCollegeofSoftware，NKUP2P应用CollegeofSoftware，NKU3P2PvsC/SClient-Server架构应用：网页HTTP、电子邮件SMTP、DNS全部依赖于永远开启的基础架构服务器P2P架构应用：文件分发、组织并搜索信息、p2p网络电话极少数依赖于永远开启的基础架构服务器CollegeofSoftware，NKUP2P系统UsethevastresourcesofmachinesattheedgeoftheInternettobuildanetworkthatallowsresourcesharingwithoutanycentralauthority.Morethanasystemforsharingpiratedmusic/moviesCollegeofSoftware，NKU覆盖网络（OverlayNetwork）AP2Pnetworkisanoverlaynetwork.EachlinkbetweenpeersconsistsofoneormoreIPlinks.CollegeofSoftware，NKU覆盖网络属于应用层设计可以高度灵活拓扑与维护消息类型协议TCP或者UDP选择对开发者而言，底层物理网络是透明的CollegeofSoftware，NKU7覆盖网络（OverlayNetwork）设对等方X和Y之间有一个TCP连接，则称他们之间有一条边(edge)所有活跃的对等方和边定义了覆盖网络边(edge)：虚拟(不是实体)的连接一个对等方通常只于小于10个的覆盖邻居连接覆盖网络可达上万个节点CollegeofSoftware，NKU在非结构化P2P网络中，覆盖连接随意建立。当一个新的对等方要加入网络时，只需要复制一个其他节点的已有连接，就可以形成自己的连接。在非结构化P2P网络中，如果某个对等方要查询网络中某个期望的数据片段,查询将以洪泛的形式扩散到整个网络中，尽可能多地找到共享该数据的对等方。如Napster,Gnutella、KaZaA结构化的P2P网络维护一个DistributedHashTable(DHT)，网络中的每个对等方保存一个特定部分的数据。该类型网络为网络中的每个数据和每个对等方分配数值，利用一个全局协议确定对等方维护哪部分数据。因此，当对等方需要搜索数据时，使用全局协义判断出哪些对等方保存这些数据，直接向这些对等方发送搜索请求。结构化P2Pvs非结构化P2PCollegeofSoftware，NKUP2P应用P2P文件共享Napster,Gnutella,Kazaa,eDonkey,BitTorrentChord,CAN,Pastry/Tapestry,KademliaP2P通信MSN,Skype,SocialNetworkingAppsP2P分布式计算Seti@homeCollegeofSoftware，NKU10P2P文件分发:范例Alice在其笔记本电脑上执行P2P用户端程序间歇地连接到Internet，每次连接都使用一个新的IP地址查找“HeyJude”用户端程序会显示拥有“HeyJude”文件的对等方Alice选择其中一个对等方：Bob文件从Bob的电脑复制到Alice的电脑：HTTP当Alice下载的同时，Alice可以上传给其他的对等方server端Alice同时是Webclient端和暂时的Web所有的对等方都是server高扩充性!CollegeofSoftware，NKUP2P的创新高度的可扩展性自治理念:不存在单点故障DoS(DenialofService)的弹性恢复负载分配抵抗审查CollegeofSoftware，NKU关键问题网络管理HowtomaintaintheP2PsystemunderhighrateefficientlyApplicationreliabilityisdifficulttoguarantee查找Howtofindouttheappropriatecontent/resourcethatauserwants吞吐量Contentdistribution/disseminationapplicationsHowtocopycontentfast,efficiently,reliablyCollegeofSoftware，NKU13P2P:资源定位方法集中时索引(centralizedindex)Napster查询洪泛(queryflooding)Gnutella层次覆盖设计(hierarchicaloverlaydesign)KaZaACollegeofSoftware，NKU14集中式索引1)当对等方连接时，会通知中央服务器(群）IP地址文件内容与名称2)Alice查询“HeyJude”中央服务器告诉Alice，对等方Bob有她需要的文件3)Alice向Bob请求文件(filetransfer)得到该文件副本后，将更新Alice的索引表示Alice有此文件的副本集中式索引服务器对等方AliceBob111123CollegeofSoftware，NKUNapster:PublishIhaveX,Y,andZ!Publishinsert(X,123.2.21.23)...123.2.21.23CollegeofSoftware，NKUNapster:SearchWhereisfileA?QueryReplysearch(A)--123.2.0.18Fetch123.2.0.18CollegeofSoftware，NKU17集中式索引的问题集中式索引的架构P2P与client-Server的混合架构问题单点故障性能瓶颈与基础架构的成本侵犯版权：诉讼目标非常明确唱片业者影视公司文件传输是非集中式的，但内容搜索是高度集中式的CollegeofSoftware，NKU2:應用層18查询洪泛(queryflooding)完全分布式非集中式服务器索引分散到整个对等方群体中每个对等方只对其提供的共享文件建立索引不对其他文件建立索引协议公开由众多的Gnutella用户端实现协议CollegeofSoftware，NKU19queryflooding经过已存在的TCP连接传送查询消息对等方将查询扩散出去，直到查询命中QueryHit由相反的路径传回Gnutella：协议查询查询命中查询查询命中文件传输:HTTP解决方案：受限的查询洪泛(limitedscopequeryflooding)问题：查询洪泛造成大量的查询流量CollegeofSoftware，NKUIhavefileA.IhavefileA.Gnutella:SearchWhereisfileA?QueryReplyCollegeofSoftware，NKU21Gnutella：对等方的加入1.加入的对等方Alice必须找到Gnutella网络上的一些其他对等点：使用候选对等方列表引到跨接问题(bootstrapproblem)2.Alice连续尝试与列表中的对等方建立TCP连线，直到与某个对等方Bob建立连接3.洪泛：Alice传送Ping消息给Bob；Bob将Ping消息转发给它在覆盖网络中的所有邻居节点所有收到Ping消息的对等方会回传Pong消息4.Alice收到许多Pong消息。现在Alice可以与其他对等方建立TCP连接CollegeofSoftware，NKU查询洪泛：讨论优点peershavesimilarresponsibilities:nogroupleadershighlydecentralizednopeermaintainsdirectoryinfo缺点excessivequerytrafficqueryradius:maynothavecontentwhenpresentbootstrapnodemaintenanceofoverlaynetworkCollegeofSoftware，NKU23层次覆盖(hierarchicaloverlay)结合了集中式索引和查询洪泛的优点每个对等方为一个组群领导节点(超级节点)或者被指定给一个组群领导节点(子节点)超级对等方:高频宽、高可用度的节点在对等方以及它的超级对等方之间有一个TCP连线超级节点记录该子节点的IP与内容在超级节点之间有TCP连线超级节点会跟踪它的子节点的内容实际应用FastTrack、KazaaTCP連線TCP連線TCP連線GroupleadernodeCollegeofSoftware，NKUKaZaA:层次网络“SuperNodes”CollegeofSoftware，NKUKaZaA:FileInsertIhaveX!Publishinsert(X,123.2.21.23)...123.2.21.23CollegeofSoftware，NKUKaZaA:FileSearchWhereisfileA?Querysearch(A)--123.2.0.18search(A)--123.2.22.50Replies123.2.0.18123.2.22.50CollegeofSoftware，NKU27比较：C/S与P2P架构问题:文件分发时间是多少？从最初的一个server到N个其他电脑，N个对等方全部接收到一份拷贝的时间usu2d1d2u1uNdN服务器Internet文件Fus:服务器的上传带宽ui:第i个用户端的上传带宽di:第i个用户端的下载带宽CollegeofSoftware，NKU28client-server:文件发布时间dcsusu2d1d2u1uNdNserverInternetF服务器连续发送N个拷贝：NF/us时间i个用户端下载取得F/di的时间N成线性增加(很大的N)=dcs=max{NF/us,F/min(di)}i发布时间F到N个使用的用户端用户端/服务器端的应用fileFCollegeofSoftware，NKU29P2P文件发布时间dp2p服务器必须发送一个拷贝：F/us时间第i个用户端下载取得拷贝的时间：F/di总计必须下载NFbits可能的最快上传速率(即所有的节点发送大量的文件到相同的节点)：us+Suii=1,NdP2P=max{F/us,F/min(di),NF/(us+Sui)}ii=1,Nusu2d1d2u1uNdNserverInternetF系统总上载速率=服务器us+各个对等方的上传速率uiCollegeofSoftware，NKU2:應用層3000.511.522.533.505101520253035NMinimumDistributionTimeP2PClient-ServerClient-server与P2P比较CollegeofSoftware，NKU31案例分析：BitTorrent追踪器(tracker)：每个torrent都有一个基础架构节点记录参与torrent的所有对等方的行踪洪流(torrent)：所有参与发布某文件的对等方的总称向tracker注册，取得对等方列表对换块P2P文件发布AliceCollegeofSoftware，NKU32BitTorrent(1)文件的片段为256kb对等方刚加入torrent：没有任何文件片段，但随着时间流逝会累积许多片段向tracker注册自己并取得对等方列表，连接这些子对等方(”邻近对等点”)当下载资源片段时，同时上传片段给其他的对等方对等方也许进入或者离开某个对等方取完文件后，可能会（自私）离开或者（无私）留在torrent中对等方的相邻节点会随时变化！AliceTrackerCollegeofSoftware，NKU33BitTorrent(